Anspruchsvolle Technologien für die Pharmaindustrie und der Bau von Maschinen in diesem Sektor zählen zu den Kernkompetenzen von Harro Höfliger. In einer neuen Anlage zur Verpackung von Schmerzmitteln sorgen Bildverarbeitungssysteme an mehreren Stellen für zuverlässige Qualitätsüberprüfungen.

Mucoadhesive Buccal Film (MBF) lautet der medizinische Fachausdruck für die Verabreichungsform der starken Schmerzmittel, für die der international tätige Maschinenbauer Harro Höfliger Produktions- und Verpackungsanlagen entwickelt und baut.

Was Patienten am Ende aus einer Verpackung entnehmen und zur Schmerzlinderung im Mund zergehen lassen, muss bei der vorangegangenen Verarbeitung in allen Prozessstadien strengsten Qualitätsanforderungen genügen.

Bei der Produktions- und Verpackungsmaschine vom Typ PMK 150/300 wird in einem ersten Schritt zunächst der MBF-Wirkstoff, der auf einer Trägerfolie aufgebracht ist, in Form einer Rolle abgewickelt und die Schutzfolie auf der Oberseite über entsprechende Mechaniken abgezogen.

Anschließend wird die Bahn mit einer Angabe zur Wirkstoffdosierung über einen Flexodrucker bedruckt. Der Wirkstoff ist in dem Laminat gleichmäßig verteilt, so dass die Medikamentendosierung über die Größe des MBF gesteuert werden kann. Zwischen 10 x 10 und 17 x 17 mm groß sind die Produkte, die in dieser Anlage zwischen einer oberen und unteren Aluminiumverbundfolie in jeweils 50 x 50 mm große Aluminiumbeutel gesiegelt werden.

Drei Bildverarbeitungsstationen

Das erste der insgesamt drei Bildverarbeitungsmodule dieser Anlage überprüft den korrekten Aufdruck auf der Vorderseite aller drei Wirkstoffstreifen mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1.050 Teilen pro Minute oder umgerechnet fast 18 Teilen pro Sekunde, und dies auf jeder der drei Bahnen. Die getriggert Bildaufnahme über alle drei Streifen und 150 mm hinweg übernimmt dabei eine Spyder3-Zeilenkamera von Teledyne Dalsa mit 4k Pixeln Auflösung und einer APO-Componon-Optik von Schneider Kreuznach. Für die passende Beleuchtung sorgt eine rote LNSP-Zeilenbeleuchtung von CCS. Die Auswertung der Bilder aller drei Bildverarbeitungsmodule übernimmt ein Industrie-PC.

Fehlerhafte Teile werden im internen Schieberegister der Maschine als „schlecht“ gekennzeichnet und am Ende der Maschine in einen separaten Auswurf ausgeschleust. Anschließend werden aus den drei Bahnen die finalen Produkte mit einer Rotationsstanze ausgeschnitten und mittels Vakuum auf die untere Packstofffolie übergeben.

Die Produkte sollten somit nun in Dreierreihen mit korrektem Abstand in Längs- und Querrichtung auf dem Trägerstoff platziert sein, was die zweite Bildverarbeitungsstation überprüft: Sie kontrolliert zum einen die Position der vereinzelten Produkte, um sicherzustellen, dass der anschließende Versiegelungsprozess korrekt ablaufen kann. Zum anderen prüft diese Station die Produktgröße sowie eine Kontamination durch Fremdkörper. Diese Fehler erkennt das System bis zu einer Größe von etwa 1 mm².

An dieser zweiten Bildverarbeitungsstation erfolgt die Bildaufnahme über alle drei Streifen hinweg erneut über die Kombination einer Spyder3-Zeilenkamera und einer APO-Componon-Optik. Für die optimale Ausleuchtung der Streifen sorgt hier eine blaue LNSP-Zeilenbeleuchtung mit Koaxial-Aufsatz. Mit der blauen Beleuchtung konnten das Produkt und, für den Fall einer späteren Erweiterung um Druckprüfungen an dieser Stelle, auch die Schrift zum Hintergrund optimal kontrastiert werden.

Eine dritte Bildverarbeitungsstation prüft die Bedruckung der oberen Packstoffbahn. Diese Inspektion gleicht jener in der ersten Station: Geprüft werden die zuvor gedruckten Produktionsdaten, das Verfallsdatum, die Chargennummer sowie die Packstoffnummer als 2D Matrixcode.

Anspruchsvolle Auswertung

Die zeilenförmigen Bilddaten aller drei Bildverarbeitungsstationen werden an einen speziell zusammengestellten Rechner übergeben, in dem ein Frame Grabber des Typs MicroEnable IV von Silicon Software die eingehenden Zeilendaten puffert, zu kompletten Bildern zusammensetzt und dann auswertet. Dieser Teil der Aufgabe war extrem anspruchsvoll, denn die Bilder werden über die einzelnen Produkte hinweg überlappend aufgenommen. Jedes Bild besteht aus dem Ende des vorangegangenen Produkts, des kompletten aktuellen Produkts und dem Anfang des nachfolgenden Produkts. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass auch Fehler an den Schnittstellen zweier Produkte zuverlässig erkannt werden. Da alle Aufnahmen getriggert erfolgen, können die Positionen aller fehlerhaften Produkte im Prozess exakt verfolgt werden, um diese am Ende der Maschine als Schlechtteile auszuwerfen.

Nach diversen vergeblichen Versuchen mit anderen Technologien konnte das Bildverarbeitungs-Team von Harro Höfliger diese Verarbeitungsaufgabe mit einem Frame Grabber in Kombination mit der Softwareumgebung Visual Applets von Silicon Software lösen. Einen rechenintensiven Teil der Bildverarbeitung übernimmt dabei ein FPGA auf dem Frame Grabber und reduziert damit die CPU-Belastung des Industrie-PCs durch eine geeignete Bildvorverarbeitung.

Kompetente Partner

„An dieser für die gesamte Verarbeitung entscheidenden Stelle des Prozesses zeigte sich, wie wichtig es ist, mit kompetenten Partnern zusammenzuarbeiten“, unterstreicht Hartwig Sauer, Leiter des Bildverarbeitungsteams bei Harro Höfliger. Nach einer Schulung von Silicon Software zur optimalen Nutzung der FPGA-Architektur auf dem Frame Grabber in Kombination mit Visual Applets hatte das Unternehmen die speziell für seine Anforderungen nötigen Anpassungen bei Stemmer Imaging in Auftrag gegeben. Stemmer Imaging hat dabei die FPGA-Programmierung übernommen und das Bildverarbeitungssystem gemeinsam mit den Experten von Harro Höfliger kontinuierlich weiterentwickelt, um unter anderem Monochrom- und Farbzeilenkameras einsetzen zu können. Sauer hebt zudem die schnelle und zuverlässige Beratung hervor, die er und sein Team bei Stemmer Imaging erleben.

Von den hier beschriebenen Anlagen hat der Anlagenbauer mittlerweile weltweit bereits über 100 Stück verkauft. Auch für zukünftige Anlagen mit Bahnbreiten über 300 mm ist Stemmer Imaging als Komponenten- und Technologiepartner für gemeinsame Entwicklungen im Bildverarbeitungsbereich gesetzt.

Harro Höfliger Verpackungsmaschinen

Harro Höfliger entwickelt und fertigt Produktions- und Verpackungsanlagen für pharmazeutische und medizintechnische Unternehmen auf der ganzen Welt. Auch Markenartikelhersteller für Consumer- und Home-Care-Produkte vertrauen den hochspezialisierten Prozesslösungen und Dienstleistungen des Unternehmens. Die hausinterne Fachabteilung für Bildverarbeitung mit eigenem Evaluierungslabor stellt dabei sicher, dass auch anspruchsvolle und komplexe Bildverarbeitungsapplikationen realisiert werden können.
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